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Como usar o Sensor Piezo no Arduino

Que tal um pouco de som com seu Arduino? Neste tutorial iremos aprender a usar um dispositivo um tanto quanto barulhento, o sonorizador Piezo.

 

Sensor Piezo elétrico

A palavra piezo é de origem grega e significa pressionar, torcer. Piezos são elementos que utilizam o efeito piezoelétrico.

Do famoso portal wikipedia, temos que:

Piezoeletricidade é a capacidade de alguns cristais gerarem tensão elétrica por resposta a uma pressão mecânica.

 

Efeito piezo elétrico

 

Sendo assim, alguns materiais possuem a capacidade de gerar tensão elétrica quando são submetidos a uma força externa. Uma das aplicações dele é como sensores de batida, como em baterias elétricas. Outro lugar comum de encontrá-los, é em isqueiros, que transformam o movimento do ignitor em faísca.

O mais interessante é que o contrario também é verdade. Quando inserimos um diferencial de tensão no cristal, o cristal transforma energia elétrica em energia mecânica. Dessa forma, o piezo se mexe.

Através desse efeito, podemos alimentar o transdutor com um tensão variável, com o intuito de obter sons.

 

O Som

O som é a propagação de uma vibração acústica em um meio material elástico, tal como o ar e a água, que seja perceptível pelo aparelho auditivo humano. Essa vibração gera o movimento das partículas desses materiais que, com isso, transmitem o som.

 

Propagação do som

Como seres humanos, temos como um de nossos principais sensores o sistema auditivo. Além de nos permitir escutar, ele também está intimamente ligado ao equilíbrio do nosso corpo.

Em resumo, o ouvido recebe o som e transforma em impulsos nervosos que serão enviados para nosso cérebro, que terá o trabalho de interpretar a informação.

O nosso aparelho auditivo é capaz de ouvir vibrações  com frequência mínima de 20Hz, enquanto a frequência máxima chega a 20.000Hz. Sons cuja frequência seja maior que 20kHz são denominados ultrassons, enquanto que aqueles abaixo de 20Hz são chamados de infrassons.

 

 

Sabendo que o som é a propagação de uma vibração entre 20Hz e 20kHz, podemos usar a propriedade do transdutor piezo elétrico de se mexer ao aplicarmos uma tensão elétrica e gerar som.

Para isso, podemos colocar uma onda de tensão na faixa de frequência audível , assim o transdutor vibrará na mesma frequência, emitindo som. Veremos isso na prática durante a experiência.

 

Em geral, o piezo é encontrado em formato de disco com dois fios. Um vermelho, o positivo, e um preto, o negativo. Veja um típico piezo na imagem abaixo.

 

Sensorr piezo elétrico típico

 

Quando o assunto é Arduino, utilizamos muito o buzzer, que nada mais é que um disco piezo encapsulado em uma proteção plástica.

Buzzer, um sensor encapsulado

 

Podemos usar ele sozinho ou em um módulo, tal como o da GBK robots:

Módulo Buzzer GBK robots

Sensor piezo elétrico típico

Fazendo uma sirene com um buzzer

Material

  • 2 Fios Jumper’s
  • Protoboard
  • Arduino Uno Rev3
  • Buzzer

 

Agora vamos ligar os componentes do projeto. Para isso, desligue o cabo USB de seu Arduino e monte seu circuito conforme a figura a seguir. A perna positiva do buzzer ficará no pino 9 e a negativa no GND.

 

Esquema de montagem da experiência

 

Ligue o  Arduino ao computador e abra a IDE Arduino.

Antes de carregar um programa, precisa selecionar qual porta deseja usar para fazer carregar o programa no Arduino (upload). Dentro do Arduino IDE, clique no menu Ferramentas (tools) e abra o submenu Porta(Port). Clique na porta que o Arduino está conectado, tal como COM3 ou COM4. Geralmente aparece o nome da placa Arduino : “COM3 (Arduino Uno)”.

Também precisa garantir que o tipo de placa apropriado está selecionado em Ferramentas(Tools) no submenu Placa (Board).

Crie um programa (sketch) e salve com o nome de “programa_buzzer_sirene”.

 

Com o seu programa salvo, escreva nele o código conforme escrito abaixo.

 

float seno;
int frequencia;
 
void setup() {
 //define o pino 9 como saída
 pinMode(9,OUTPUT);
}
 
void loop() {
 for(int x=0;x<180;x++){
  //converte graus para radiando e depois obtém o valor do seno
  seno=(sin(x*3.1416/180));
  //gera uma frequência a partir do valor do seno
  frequencia = 2000+(int(seno*1000));
  tone(9,frequencia);
  delay(2);
 }
}

 

Depois de escrever o código, clique em Upload para que o programa seja transferido para seu Arduino.

Caso tenha ocorrido tudo como esperado, o buzzer deve começar a “gritar” como uma sirene.

 

Circuito montado na prática

Programa

No Arduino, temos uma função que gera uma onda pulsante na frequência desejada. O nome dessa função é tone.

tone(pino,frequência);
tone(pino,frequência,duração);

Para usar essa função, devemos definir o pino de saída, a frequência do tom e, caso queira, a duração em milisegundos.

 

Hardware

O som da sirene que ouvimos é resultado de um sinal digital de frequência variável na saída do pino 9, que ao energizar a perna positiva buzzer, o mesmo emite um som com frequência igual ao da saída do Arduino.

 

Transformação de energia elétrica em mecânica

 

Para que o som seja o de uma sirene, aumentamos e diminuímos, através do programa, a frequência de saída do Arduino. Caso colocássemos uma frequência fixa, teríamos um som continuo.

Experimente colocar uma frequência contante tal como o código abaixo. Experimente valores entre 0Hz e 30000Hz e veja na prática a faixa de sons audíveis.

 

int frequencia;
 
void setup() {
 //define o pino 9 como saída
 pinMode(9,OUTPUT);
}
 
void loop() {
 frequencia=440; // frequência correspondente a notá Lá
 tone(9,frequencia);
}

 

 

Artigo gentilmente cedido por Vida de Silicio

 

Todos os produtos utilizados neste artigo podem ser encontrados na Loja de Eletrónica e Robótica – ElectroFun.

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mariana guedes

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